(57)【要約】【課題】  充放電停止後のバッテリ端子電圧を速やかに安定状態とさせ、バッテリ安定状態における充電状態検出頻度を多くすることができる充電状態検出装置の提供。【解決手段】  イグニッションスイッチ１２がＯＮからＯＦＦになったことを検出したならば、リレー５を作動させて負荷６によりバッテリ４を所定時間放電させる。その結果、バッテリ４は速やかに平衡電位に近づく。バッテリ４の放電が終了したならば、所定時間経過した後に電圧センサ７によりバッテリ４の端子電圧を検出する。そして、検出された端子電圧と開放電圧−ＳＯＣ相関とに基づいて、バッテリ４の充電率（ＳＯＣ）を求める。【選択図】        図１
2005147930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充電停止を検出する検出手段と、
前記バッテリの端子電圧を検出する電圧センサと、
前記検出手段が充電停止を検出すると、前記バッテリの放電を所定時間行わせる放電制御手段と、
前記放電制御手段による放電の終了後に前記電圧センサにより検出される端子電圧に基づいて、前記バッテリの充電状態を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充電状態検出装置において、
前記所定時間を、前記充電停止時における前記バッテリの端子電圧に基づいて設定することを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の充電状態検出装置において、
前記所定時間は、前記充電停止時における前記端子電圧が所定電圧以下の場合には前記端子電圧に対して第１の増加率で増加し、前記充電停止時における前記端子電圧が前記所定電圧よりも大きな場合には、前記端子電圧に対して前記第１の増加率よりも大きな第２の増加率で増加するように設定されることを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の充電状態検出装置において、
前記検出手段は、車両のイグニッションスイッチのオフ信号を検出することにより前記充電停止を検出することを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の充電状態検出装置において、
前記バッテリの放電を、車両のウィンドウガラスに設けられた加熱用抵抗線により行うことを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項６】
バッテリの放電停止を検出する検出手段と、
前記バッテリの端子電圧を検出する電圧センサと、
前記検出手段が放電停止を検出すると、前記バッテリの充電を所定時間行わせる充電制御手段と、
前記充電制御手段による充電の終了後に前記電圧センサにより検出される端子電圧に基づいて、前記バッテリの充電状態を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のバッテリの充電状態検出装置において、
前記バッテリは車両に設けられていることを特徴とするバッテリの充電状態検出装置。
【請求項８】
バッテリの充電停止後に前記バッテリを所定時間放電させ、その放電の終了後に前記バッテリの端子電圧を検出し、検出された端子電圧に基づいて前記バッテリの充電状態を算出することを特徴とするバッテリの充電状態検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載のバッテリの充電状態検出方法において、
前記バッテリは車両に設けられていることを特徴とするバッテリの充電状態検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの充電状態を検出するための充電状態検出装置および充電状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されたバッテリの充電率（ＳＯＣ：state of charge）を推定する方法としては、バッテリの開放電圧を検出し、その開放電圧を開放電圧とＳＯＣとの相関マップに照らし合わせてＳＯＣを求める方法が知られている。開放電圧としてはバッテリの端子間電圧が用いられるが、バッテリは充放電が行われるとそれに伴って端子間電圧が変動する。そのため、車両停止によりバッテリの充放電が停止された後、所定時間が経過してバッテリの端子間電圧が落ち着いた時点で電圧測定を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６５３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バッテリの充放電を停止してから端子間電圧が安定した状態になるまでに、数時間要する場合もある。そのため、車両停止時間が安定状態となるまでの時間よりも短い場合には、端子間電圧を測定する機会が得られなくなり、ＳＯＣ検出の頻度が少なくなってしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、バッテリの充電停止を検出すると、バッテリの放電を所定時間行わせる。そして、放電の終了後に、電圧センサにより検出される端子電圧に基づいてバッテリの充電状態を算出することを特徴とする。また、本発明は、バッテリの放電停止を検出すると、バッテリの充電を所定時間行わせる。そして、充電の終了後に、電圧センサにより検出される端子電圧に基づいてバッテリの充電状態を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バッテリの端子電圧が安定状態となるまでの時間を短縮することができ、バッテリの端子電圧を従来よりも早く算出することができる。その結果、バッテリ安定状態での充電状態検出頻度を従来よりも多くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、本発明によるバッテリ充電状態検出装置を説明する図であり、車両システムの要部の構成を示す図である。図１に示す車両システムにおいては、乗員が車両へと乗車し、例えばドライバーがイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）１２をオンすると、スタータ２によりエンジン１が始動される。また、図１に示す車両システムは、ＩＮＧスイッチ１２がオンであって、車両が停止（車速≒０ｋｍ／ｈ）した際に所定条件が満たされるとエンジン１を停止し、その後アクセルペダルが踏まれる等のドライバーの発進意図を検出するとエンジン１を再始動するエンジン自動停止／再始動機能を有している。
【０００８】
３はエンジン１によって回転駆動される発電機であり、その出力端子回路にはバッテリ４が接続されている。バッテリ４はコントローラ９などの制御機器への電力供給やエアコンなどの補機１４への電力供給に用いられるバッテリであり、例えば１４Ｖのバッテリが用いられ、発電機３によって充電される。補機１４への電力供給のオンオフはスイッチ１５によって行われる。
【０００９】
バッテリ４には負荷制御用リレー５を介してバッテリ放電用の負荷６が接続されている。負荷６は放電専用に設けられたものではなくて、例えば、車両のウィンドウガラスに設けられた加熱用抵抗線などを放電用負荷として兼用している。バッテリ４の端子間電圧は電圧センサ７により検出され、バッテリ４から流れる放電電流値は電流センサ８により検出される。電圧センサ７および電流センサ８の検出値はコントローラ９のＣＰＵ９１に入力される。ＣＰＵ９１は、リレー５の励磁コイルの駆動段であるスイッチング素子１６（例えばＦＥＴ）をオンすることによりリレー５を閉じ、放電用の負荷６にバッテリ４の電力を供給する。また、充電率（ＳＯＣ）の演算もＣＰＵ９１で行われる。
【００１０】
コントローラ９には、アクセルセンサ１０で検出されたアクセルペダル踏み込み量、ブレーキセンサ１１で検出されたブレーキペダル踏み込み量、車速センサ１３で検出された車両の走行速度が入力される。コントローラ９では、エンジン自動停止／再始動制御およびバッテリ４のＳＯＣ制御などが行われる。
【００１１】
アイドルストップエンジン自動停止制御においては、アクセルセンサ１０で検出されたアクセルペダル踏み込み量が所定値未満という条件と、ブレーキセンサ１１で検出されたブレーキペダル踏み込み量が所定値以上という条件と、車速センサ１３により検出された車速が所定速度未満という条件と、バッテリ４のＳＯＣがスタータ２によるエンジン１の始動が可能な所定値以上であるという条件とが満足されると、エンジン１が停止される。逆に、車両停止状態において、上記アクセルペダル踏み込み量に関する条件およびブレーキペダル踏み込み量に関する条件が満たされない状態となった場合には、スタータ２によってエンジン１が始動される。
【００１２】
また、コントローラ９は、バッテリ４の平衡電位すなわちＳＯＣがほぼ一定となるように、発電機３によるバッテリ４の充電制御を行う。走行中のＳＯＣ演算方法は種々あるが、例えば、走行中に電流センサ８により検出される電流値を積算して求められる電流積算に基づいて算出する。
【００１３】
ところで、電流積算値に基づくＳＯＣ演算では、電流値の測定誤差が積算されてしまうため積算の継続とともに真のＳＯＣからのずれが増大する。そこで、エンジン１が停止した車両停止中にバッテリ４の端子電圧を検出して、その端子電圧と開放電圧−ＳＯＣ相関テーブルとに基づいてバッテリ４のＳＯＣを算出する。この方法は、電解液比重と強い相関のある平衡電位を測定することで、充電率（ＳＯＣ）を推定するものである。そして、電流積算によるＳＯＣ演算値をこのテーブルから得られるＳＯＣによりリセットすることにより、ＳＯＣ演算精度の低下を防止することができる。なお、端子電圧に基づくＳＯＣ演算方法については後述する。
【００１４】
しかし、バッテリ４に充電を行わせた直後においては、端子電圧は充電分極によって平衡電位よりも高い電位となっている。このことがＳＯＣ演算精度悪化の要因となっていたことは前述した通りである。図２は充放電直後におけるバッテリ端子電圧の変化の一例を示したものであり、横軸は充放電停止からの経過時間を表している。曲線Ｌ１は充電後の変化を示したもので、曲線Ｌ２は放電後の変化を示したものである。いずれの場合も時間が経過するにつれて平衡電位に近づくが、充電の場合は放電の場合に比べて測定許可範囲Ａ内となるまでの時間が長いことが分かる。
【００１５】
これは、電極近傍の電解液濃度差が、放電時に比べて充電時の方が大きくなるためと考えられる。図２の測定許可範囲Ａとは、ＳＯＣ演算において十分な演算精度が得られる電位範囲を表しており、端子電圧がこの範囲Ａに入るまでは電圧測定は許可されず、ＳＯＣ演算も行われないことになる。そこで、本実施の形態では、平衡電位までの収束時間の長い充電の場合において、一点鎖線でＬ３で示すように、充電停止直後にバッテリ４を強制的に所定時間放電させることにより、端子電圧を速やかに測定許可範囲Ａ内に収束させるようにした。
【００１６】
《ＳＯＣ演算処理の説明》
図３は、コントローラ９による制御処理の一例を示したものであり、充電停止後のＳＯＣ演算処理を示す。ステップＳ１ではエンジン１が停止されたか否かを判定する。これは、ＩＧＮキー操作によりＩＧＮスイッチ１２がオフしたかどうかをＩＧＮスイッチ１２の状態の変化から判定し、エンジン１が停止されたかどうかを判断する。
【００１７】
ステップＳ１でエンジン停止と判定されるとステップＳ２に進んで、電圧センサ７で検出されたバッテリ４の端子電圧を読み込む。ステップＳ３では、ステップＳ２で読み込まれたバッテリ端子電圧が図２に示す測定許可範囲Ａの上限値Ｖmax以上か否かを、すなわち、エンジン停止前のバッテリ４が充電状態であったか否かを判定する。なお、本実施の形態では、上述したようにバッテリ４の平衡電位がほぼ一定となるように制御しているので、エンジン停止時に検出される端子電圧がＶmax以上か否かによって、エンジン停止前が充電状態であったか放電状態であったかを一義的に決めることができる。
【００１８】
ステップＳ３においてＶmax以上と判定されるとステップＳ４へと進み、Ｖmax未満と判定されるとステップＳ１１へ進む。ステップＳ４では、ステップＳ２で読み込まれたバッテリ端子電圧と図４に示すバッテリ端子電圧（Ｖｂ）−通電時間（Ｔ１）特性とにより、通電時間ｔ１を決定する。なお、このＶｂ−Ｔ１特性はテーブルとしてコントローラ９の記憶部（不図示）に記憶されている。
【００１９】
図４に示した特性では、端子電圧がＶb1より大きい場合には、Ｖmax≦端子電圧≦Ｖb1の場合に比べて直線の傾きが小さく設定されている。すなわち、Ｖb1より大きな電圧値ではバッテリ端子電圧Ｖbの変化に対する通電時間Ｔ１の増加率がＶmax≦端子電圧≦Ｖb1の場合よりも大きくなっている。
【００２０】
これは、充電により発生したガスが極板表面に吸着したり滞留したりすることにより、電解液の濃度拡散が妨げられる影響を考慮したものであり、平衡電位に対する端子電圧のずれが大きい場合にはそのような状況が生じていることが多い。そこで、平衡電位に対する端子電圧のずれが比較的大きな場合（端子電圧＞Ｖb1）には、通電時間の増加の割合をより大きくして時間短縮の効果をより大きくするようにした。例えば、端子電圧がＶb2（＞Ｖb1）の場合には通電時間はＴ1bとなり、これはＶmax≦端子電圧≦Ｖb1の直線部分の延長線との交点から得られる時間Ｔ1aよりも長くなる。
【００２１】
ステップＳ５では、スイッチング素子１６をオンすることによってリレー５をオン状態とし、負荷６によるバッテリ４の放電を開始する。バッテリ４の放電開始と同時に、ステップＳ６において放電時間ｔのカウントを開始する。放電を開始すると、バッテリ４の端子電圧は図２の曲線Ｌ３のように急激に低下する。ステップＳ７ではカウントされている放電時間ｔがステップＳ４で決定された通電時間ｔ１以上となったか否かを判定し、ｔ≧ｔ１と判定されるとステップＳ８に進む。
【００２２】
ステップＳ８では、リレー５をオフにして負荷６によるバッテリ４の放電を停止する。バッテリ４の放電を停止すると同時に、ステップＳ９において放電停止からの経過時間をカウント開始する。ステップＳ１０では放電停止からの経過時間が所定時間ｔ２（図２参照）以上となったか否かを判定する。
【００２３】
図２の曲線Ｌ３に示すように、放電開始とともにバッテリ４の端子電圧は急激に低下して平衡電位に近づく。通電時間ｔ１経過後の端子電圧は放電開始時の電池状態によっても異なるが、測定許容範囲Ａ内かその近傍となるように通電時間ｔ１は設定される。通電停止後は、端子電圧は平衡電位に徐々に近づき、所定時間ｔ２が経過した後には平衡電圧とほぼ等しくなる。所定時間ｔ２としては、少なくとも放電後の端子電圧が測定許可範囲Ａ内となるのに必要な時間に設定され、好ましくは図２に示すように平衡電位に十分近い電圧になる時間とする。
【００２４】
ステップＳ１０で経過時間が所定時間ｔ２以上と判定されると、ステップＳ１１へ進んでバッテリ４の端子電圧を電圧センサ７によって検出する。ステップＳ１２では、ステップＳ１０で検出された端子電圧Ｖと図５に示すような開放電圧Ｅ０−ＳＯＣ相関とに基づいて、バッテリ４の充電率ＳＯＣを算出する。開放電圧Ｅ０−ＳＯＣ相関は予めテーブルとして記憶されている。
【００２５】
このように、本実施の形態では、エンジン停止直前が充電状態であった場合には、エンジン停止後にバッテリ１を強制的に所定時間放電させて端子電圧が速やかに測定許可範囲Ａ内となるようにした。その結果、エンジン停止後に端子電圧を短時間に安定状態にすることができ、端子電圧を測定する機会が増えるので、ＩＧＮスイッチのオフ期間が短い場合であっても、ＳＯＣの検出頻度を多くすることができる。
【００２６】
また、負荷６としてウィンドウガラスに設けられた加熱用抵抗線等を兼用して用いているので、専用の放電抵抗等を付加する必要がない。さらに、ウィンドウガラスに設けられた加熱用抵抗線を負荷６として用いた場合、比較的消費電力が大きいので放電用負荷６として適するとともに、車両乗員が負荷作動状態を認知し難いので違和感を与えることもない。
【００２７】
上述した例では、充電後にエンジン停止されたときに、バッテリ４を強制的に所定時間放電させることにより、端子電圧を短時間に安定状態にさせるようにした。しかし、エンジン停止による充電停止の度に放電を行うと、バッテリ４の電力が無駄に使用されることにもなる。そこで、エンジン停止後に長時間停止状態とされるような場合、すなわち、停止直後にＳＯＣを算出する必要がない場合には、図３に示すような制御を行わないようにしても良い。例えば、ＩＧＮスイッチオフによるエンジン停止が深夜１２時以降に行われた場合には、長時間放置されるとみなして図３の制御を行わないようにする。また、エンジン停止の度ではなく、エンジン停止が数回行われたら図３のような制御を１回行うようにし、放電を控えるようにしても良い。また、上述した実施の形態においては、エンジンの停止をＩＧＮスイッチがオフされたかどうかより判定するようにしたが、上述したエンジン自動停止制御の全ての条件が成立したときにエンジンが停止したと判定するようにしても良い。
【００２８】
さらにまた、上述した実施の形態では、充電後に端子電圧が安定する間での時間が放電の場合に比べて長いことから、図３の制御では充電後の場合しか記載しなかった。しかし、放電後に端子電圧を速やかに平衡電位とするために、ＩＧＮオフ等による放電停止後に、バッテリ４を所定時間充電した後にエンジン１を停止するように制御しても良い。この場合、放電と充電とが異なる他は、図３と同様な制御を行えば良い。
【００２９】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、コントローラ９は放電制御手段および検出手段を、ＣＰＵ９１は演算手段を、電圧Ｖb1は所定電圧をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるバッテリ充電状態検出装置を説明する図である。
【図２】充放電直後におけるバッテリ端子電圧の変化の一例を示す図である。
【図３】ＳＯＣ演算処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】バッテリ端子電圧（Ｖｂ）−通電時間（Ｔ１）特性を示す図である。
【図５】開放電圧Ｅ０−ＳＯＣ相関を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
２  スタータ
３  発電機
４  バッテリ
５  リレー
６  負荷
７  電圧センサ
８  電流センサ
９  コントローラ
１０  アクセルセンサ
１１  ブレーキセンサ
１２  イグニッションスイッチ
１３  車速センサ
１４  補機
９１  ＣＰＵ
Ａ  測定許可範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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